Produkujemy system skruberów dla instalacji kwasu siarkowego przy użyciu płyt i rur Incoloy 825. Jakiego spoiwa należy użyć, aby metal spoiny odpowiadał odporności na korozję metalu nieszlachetnego?

1. Chemia materiałów i zaleta „stabilizacji tytanu”.

P: Nasza specyfikacja rurociągów instalacji kwasu siarkowego wymaga UNS N08825. Jaka jest specyficzna rola tytanu w tym stopie i dlaczego ma on kluczowe znaczenie dla rur spawanych pracujących w środowisku kwasowym?

Odp.: Dodatek tytanu (0,6–1,2%) w Incoloy 825 to nie tylko pierwiastek śladowy; jest to zamierzony metalurgiczny mechanizm kontrolny, mający na celu zapobieganie korozji międzykrystalicznej po spawaniu lub ekspozycji termicznej.

W standardowych stalach nierdzewnych, gdy materiał jest podgrzewany do zakresu uczulenia (około 900–1500 stopni F / 450–800 stopni), węgiel łączy się z chromem, tworząc węgliki chromu na granicach ziaren. Powoduje to zubożenie sąsiednich obszarów chromu, pozostawiając je podatne na szybki atak w środowisku kwaśnym-zjawisko znane jako „zanik spoiny”.

W UNS N08825 tytan ma większe powinowactwo do węgla niż chrom. Podczas obróbki cieplnej lub cyklu cieplnego spawania tytan preferencyjnie łączy się z węglem, tworząc drobne, nieszkodliwe węgliki tytanu (TiC). Proces ten nazywany jest „stabilizacją”.

Dlaczego ma to znaczenie w przypadku rurociągów kwasowych:
Ponieważ tytan „wychwytuje” węgiel, chrom pozostaje w roztworze stałym, utrzymując-odporną na korozję warstwę pasywną aż do granicy ziaren. Oznacza to, że rury bez szwu Incoloy 825 można stosować w stanie-zespawanym w przypadku większości instalacji kwasowych bez konieczności-wyżarzania po spawaniu w celu przywrócenia odporności na korozję. W przypadku urządzeń do wytrawiania i linii do produkcji kwasu, gdzie spoiny są nieuniknione, ta stabilizacja zapewnia, że ​​cały system-metal nieszlachetny i-strefa wpływu ciepła-wykazuje jednolitą odporność na ataki.

2. Usługa kwasu siarkowego i fosforowego

P: Dlaczego Incoloy 825 jest zalecany do stosowania na rurociągach przy produkcji kwasu siarkowego i fosforowego zamiast standardowej stali nierdzewnej 316L lub stopów niklu nawet wyższej-jakości C-276?

Odp.: Wybór Incoloy 825 na rurociągi do produkcji kwasu sprowadza się do określonej równowagi między odpornością na korozję i ekonomiką, szczególnie w „średnim-zakresie” stężeń i temperatur kwasu.

Mechanizm:

Kwas siarkowy (H₂SO₄): Standardowa stal nierdzewna 316L zachowuje się odpowiednio w bardzo rozcieńczonym lub bardzo stężonym kwasie siarkowym w temperaturze otoczenia, ale szybko zawodzi w średnim zakresie stężeń (20–60%) w podwyższonych temperaturach. Zawartość miedzi (1,5–3,0%) i molibdenu (2,5–3,5%) w 825 działa synergistycznie, zapewniając odporność na to redukujące środowisko kwasowe. Miedź szczególnie wzmacnia pasywację w kwasie siarkowym, której brakuje w 316L.

Kwas fosforowy (H₂PO₄): w „procesie mokrym” produkcji kwasu fosforowego (stosowanego do nawozów) kwas zawiera znaczne ilości zanieczyszczeń, takich jak chlorki, fluorki i gips.. 316L w tym środowisku ulega korozji wżerowej i szczelinowej. Wysoka zawartość niklu w stopie Alloy 825 (~42%) jest odporna na pękanie korozyjne pod wpływem chlorków, podczas gdy zawartość molibdenu zapobiega wżerom powodowanym przez halogenki.

Dlaczego nie C-276?
Stopy takie jak C-276 oferują jeszcze wyższą odporność na korozję, ale są znacznie droższe ze względu na wyższą zawartość molibdenu i wolframu. W przypadku większości parowników, rur i zbiorników reakcyjnych do kwasu fosforowego, 825 zapewnia „najlepszy punkt”-lepszą wydajność w porównaniu ze stalą nierdzewną przy niższych kosztach niż-najwyższej jakości stopy niklu. Często jest uważany za podstawowy stop niklu „konia pociągowego” do zastosowań kwasowych.

3. Sprzęt do trawienia i obróbka powierzchni

P: Nasza linia do wytrawiania wykorzystuje mieszaninę kwasu azotowego (HNO₃) i kwasu fluorowodorowego (HF) do odkamieniania stali nierdzewnej. Do wężownic grzewczych i rurociągów zbiorników używamy Incoloy 825. Co sprawia, że ​​nadaje się do tego agresywnego, mieszanego-środowiska kwasowego?

Odp.: Wytrawianie mieszaniną kwasu azotowego i kwasu fluorowodorowego (HNO₃/HF) jest jednym z najbardziej agresywnych środowisk korozyjnych w zakładzie obróbki metali. Ta mieszanina ma za zadanie atakować i usuwać kamień, więc będzie atakować także sprzęt, który ją zawiera. Do tej usługi wybrano Incoloy 825 ze względu na jego podwójne-zagrożenie: odporność na kwasy utleniające (azotowy) i redukujące (fluorowodorowe).

Podwójny mechanizm:

Chrom zapewniający odporność na utlenianie (HNO₃): Zawartość chromu (19,5–23,5%) tworzy stabilną, pasywną warstwę tlenkową, która jest odporna na silnie utleniający charakter kwasu azotowego.

Nikiel i molibden do zmniejszania rezystancji (HF): Kwas fluorowodorowy jest kwasem redukującym, który atakuje materiały, niszcząc warstwy pasywne. Wysoka zawartość niklu w 825 zapewnia odporność na atak HF. Molibden pomaga również w przeciwdziałaniu miejscowej korozji, którą może wywołać HF.

Uwagi dotyczące sprzętu do wytrawiania:
W przypadku urządzeń do trawienia, takich jak zanurzeniowe wężownice grzewcze lub pompy obiegowe, stop musi również wytrzymywać cykle termiczne i erozję wynikającą z ruchu roztworu trawiącego. Chociaż stal 825 ma dobrą urabialność, producenci powinni pamiętać, że ze względu na wysoką odporność na korozję zgorzelina tlenkowa powstająca podczas formowania na gorąco jest nieco trudniejsza do usunięcia niż w przypadku stali nierdzewnej 304. Marynowaniesam wyprodukowany sprzęt(w celu usunięcia kamienia produkcyjnego) wymaga silnej kąpieli azotowej-fluorowodorowej lub, najlepiej, połączenia alkalicznego odkamieniania, a następnie trawienia kwasem w celu zapewnienia czystej, pasywnej powierzchni.

4. Specyfikacje zamówień (ASTM B423 vs. ASTM B163)

P: Kupujemy bezszwową rurę UNS N08825 do wymiennika ciepła w procesie chemicznym. Jaka jest różnica między zamawianiem zgodnie z ASTM B423 a ASTM B163 i które z nich powinniśmy określić?

Odpowiedź: Jest to istotne rozróżnienie w obszarze zamówień. Obie specyfikacje dotyczą rur bez szwu UNS N08825, ale mają zastosowanie do różnych zastosowań końcowych i mają różne zakresy kontroli.

ASTM B423 (Rura i rura bez szwu ze stopu miedzi-żelaza-chromu-molibdenu-: jest to ogólna specyfikacja rur bez szwu ze stopu 825

. Zwykle stosuje się go w ogólnych systemach rurociągów, takich jak rurociągi łączące w zakładach chemicznych lub linie wytrawiania. Obejmuje szerszy zakres średnic i grubości ścianek odpowiednich dla rurociągów ciśnieniowych zgodnie z ASME B31.3.

ASTM B163 (Bezszwowe skraplacze i rury-wymienników ciepła z niklu i stopu niklu): ta specyfikacja jest specjalnie dostosowana do rur stosowanych w skraplaczach powierzchniowych, parownikach i wymiennikach ciepła

. Kluczowe różnice polegają na węższych tolerancjach wymiarowych i często bardziej rygorystycznych wymaganiach testowych.

Tolerancje: B163 zazwyczaj wymaga ściślejszej kontroli średnicy zewnętrznej (OD) i grubości ścianki, aby umożliwić prawidłowe walcowanie rur w arkusze rur.

Testowanie: B163 często wymaga specjalnych-testów nieniszczących (prądami wirowymi lub ultradźwiękowymi), aby upewnić się, że rura nadaje się do spełnienia wymagań cienkościennych-o wysokiej-szczelności w usługach wymiany ciepła.

Które określić?

Do rur łączących (przewody przesyłowe, kolektory) w instalacji kwasowej: Należy określić ASTM B423.

W przypadku rur wymienników ciepła (rzeczywistych rur wewnątrz wymiennika płaszczowo-rurowego): Określ ASTM B163. Jeśli zamówisz rurę B423 do wiązki rur wymiennika ciepła, może się okazać, że tolerancja średnicy zewnętrznej jest zbyt duża, aby uzyskać-szczelne hydrauliczne złącze kompensacyjne w arkuszu rur.

5. Spawanie i produkcja na potrzeby usług kwasowych

P: Produkujemy system skruberów dla fabryki kwasu siarkowego przy użyciu płyt i rur Incoloy 825. Jakiego spoiwa należy użyć, aby metal spoiny odpowiadał odporności na korozję metalu nieszlachetnego?

Odp.: Podczas spawania Incoloy 825 w środowisku kwasowym ogólną zasadą jest-nadstopowanie spoiny. Nie należy używać metalu wypełniającego o pasującym składzie. Standardowym-zaleceniem branżowym jest stosowanie spoiwa ERNiCrMo-3 (stop 625).

Dlaczego wypełniacz Alloy 625?

Segregacja w jeziorku spawalniczym: Podczas krzepnięcia jeziorka spawalniczego mogą nastąpić segregacje pierwiastków stopowych. Jeśli użyto spoiwa o składzie chemicznym 825 (Ni-Cr-Fe-Mo-Cu), na stopiwie mogą pojawić się zlokalizowane obszary zubożone w molibden lub miedź, tworząc preferowane miejsca ataku korozji.

Wyższa zawartość niklu: ERNiCrMo-3 (stop 625) ma wyższą zawartość niklu (~64%) i większą zawartość molibdenu (9%) niż metal nieszlachetny. Ta „nadmiernie dopasowana” chemia zapewnia, że ​​spoina ma odporność na korozję co najmniej równą, a często lepszą niż metal nieszlachetny 825 w środowisku kwaśnym. Działa jak „bufor antykorozyjny”.

Stabilność fazy: wypełniacz 625 jest bardziej stabilny metalurgicznie w-stanie po spawaniu i jest odporny na tworzenie się szkodliwych faz, które mogłyby zostać zaatakowane przez gorący kwas.

Najlepsze praktyki produkcyjne:

Czystość: Stopy niklu są podatne na kruchość pod wpływem zanieczyszczeń. Upewnij się, że obszar spawania jest wolny od smaru, oleju i związków znakujących. Ślady szlifowania muszą być czyste, ponieważ zanieczyszczenia żelazem mogą zniszczyć warstwę pasywną.

Dopływ ciepła: Kontroluj dopływ ciepła, aby uniknąć nadmiernego gromadzenia się ciepła. Aby zapobiec pękaniu na gorąco, zaleca się umiarkowane doprowadzenie ciepła z kontrolowaną temperaturą międzyściegową (zwykle poniżej 300 stopni F/150 stopni).